船用電機與自動控制考古題｜歷屆國考試題彙整

針對並激式直流電動機，請以負載電流為橫軸，轉矩為縱軸，畫出並激 式直流電動機的轉矩特性曲線圖。並請依此圖說明：若增加並激磁場電 阻時，將對電動機之轉矩造成什麼影響？（25 分）

一部5 馬力，60 Hz，六極之三相交流感應電動機，其滿載轉速為每秒鐘 19 轉，靜止時，轉子每相電抗為10 歐姆。起動時，轉子每相電阻為5 歐 姆，每相感應電動勢為140 伏特，請求出：（25 分） 此三相交流感應電動機之轉差率。 轉子磁場對轉子而言之相對速度。

下方之數位邏輯電路圖，有A、B、C 三個輸入變數，一個輸出變數Y， 請依下列數位邏輯電路，列出此邏輯電路的真值表（truth table），並依真 值表推導輸出Y 的結果。（25 分）

交流發電機並聯運轉時，需設有逆功率保護（reverse power protection） 裝置，請問在何種狀況下，逆功率保護裝置會啟動？其作動之程序為 何？（25 分）

圖中所示為三相四極感應馬達的單相等效電路。假設電樞電阻可以忽略 不計，該馬達連接到一個三相電壓源，該電壓源的相電壓大小為200 V （線電壓為346 V）和400 radians/second 的頻率。若以160 radians/second （約1528 rpm）速度運轉，該馬達會達到峰值轉矩，請問： 該峰值轉矩的值是多少（以N-m 為單位）？（15 分） R2 的值是多少（單位為Ω）？（10 分）

永磁直流馬達連接到250 V 直流電源。當運轉於「輕載」時（即無機械 負載），它消耗的電流可以忽略不計，並以200 radians/second 的速度轉 動（約1910 rpm），該馬達的電樞電阻為1 Ω。現在若加載該馬達，用以 驅動100 N-m 的負載轉矩並且仍然連接到250 V 直流電源。請問： 此時會消耗多少電流（以A 為單位）？（10 分） 此時轉動的速度有多快（radians/second）？（15 分）

假設G1, …, G5 皆為純量轉移函數。 求轉移函數y/u。（15 分） 畫出簡化後的方塊圖。（10 分）

請構建具有三個輸入和一個輸出的布林電路（Boolean Circuits）用以自 動控制交通號誌。您可以使用雙輸入AND（two-input AND）以及單輸 入NOT（single-input NOT）的邏輯閘。 說明：紅色表示停止，黃色表示減速，綠色表示行走。在某些國家，紅燈 和黃燈可以同時亮，表示停止，但準備出發。以下是有效的交通燈組合： 紅色表示停止 停下來，但準備走 黃色表示減速 綠色表示行走 請設計一個名為TrafficLightValid 的電路，如果交通燈號組合有效，則輸 出1；如果交通燈組合無效，則輸出0。輸入1 表示燈亮，輸入0 表示燈 關閉。 寫出電路的真值表。請使用輸入r 表示紅色，y 表示黃色，g 表示綠 色，輸出v 表示交通燈組合是否有效。（10 分） 根據真值表，請編寫一個布林表達式來描述輸出v。（15 分）

一部長並激式直流發電機，其電樞電阻為0.07 歐姆，並激磁場電阻為110 歐姆，串激磁場電阻為0.03 歐姆。當發電機提供之額定端電壓為220 伏 特時，其產生之輸出功率為88 仟瓦，請問此發電機之感應電動勢為多少 伏特？（20 分）

交流電動機的電力制動方法有：再生制動、動力制動、逆相制動三種， 請分別說明此三種電力制動的基本原理。（20 分）

請利用數個NAND 邏輯閘畫出下列布林代數之邏輯電路接線，只能使用 NAND 邏輯閘，不能使用其他邏輯閘。（20 分） Y = BCD + ABD + AC + BCD

有一動態系統模型為      x x u y x t t t t t      A B C  ，其中 2 6 12 16        A ， 0 1 2 1        B ，   1 1  C 。請利用相似轉換（similarity transformation）方法，將此動態系 統模型轉換為另一個新的動態系統模型：      x x u y x t t t t t       A B C  ，其中兩個 動態系統模型之狀態關係為：  1 2 x x 1 4 t t       ，請求出新的動態系統模型 之矩陣A、B及C。（20 分）

船用柴油主機控制系統主要包含：⑴遙控操縱台、⑵遙控裝置、⑶測速 裝置、⑷遙控執行機構與主機操縱系統、⑸安全保護裝置等五大單元。 請說明此五大單元的作用及功能。（20 分）

三相交流發電機並聯的基本條件為何？如果條件不符合會造成什麼 不良後果？（10分） 當進行手動並聯時，我們常使用同步指示儀作為並聯條件的觀測，請說 明其能獲得發電機並聯的那些資訊？什麼狀態下可接上ACB？（15分）

何謂三相感應電動機的同步速率？何謂轉差率？（5分） 鼠籠式感應電動機與繞線式感應電動機的應用場合有何差異？（5分） 如何降低三相交流感應電動機的起動電流？（8分） 如何改變三相交流感應電動機的轉速？（7分）

在船舶機艙的監控系統中用得最多的是溫度量測與壓力量測，請分別各 舉兩例並說明其工作原理。（25分）

自動控制系統有三大特性要求：⑴反應速度、⑵穩定性、⑶準確度；請 分別列舉常用的相關檢驗參數並說明其定義。（25分）

請說明自動控制方法中，比例控制的特性及其優點、缺點。（20 分）

請證明下列布林代數式：  ( ) D C B D C A D C AB + = + （10 分） ( )( ) YZ X Z X Y X + = + + （10 分）

一部220 伏特並激式直流電動機，電樞電阻為0.5 歐姆，其額定轉速為 1800 rpm，此時之電樞電流為8 安培。若將此直流電動機接於線路上， 產生10 馬力之輸出，其效率為94%，激磁電流為1.6 安培，請求出此時 之電樞電流及轉速。（20 分）

在交流感應電動機中，鼠籠型交流感應電動機大多採用降壓起動法，線 繞型交流感應電動機大多採用轉子電阻起動法，請各別說明其採用之起 動方法的原因。（20 分）

變壓器在交流電力系統中扮演極為重要的角色，請說明變壓器的基本工 作原理。（20 分）

請針對船上的交流電力系統，回答下列問題： 電力系統可能包含那些電力來源？（10 分） 電力系統中可能包含那些配電裝置？（10 分） 電力系統中的斷電器（Breaker），所扮演的是什麼角色？（5 分）

請針對船用電機的安全工作議題，回答下列問題： 在檢查或保養各種配電盤時，在不妨礙船舶正常運轉前提下，必須先做好那些事情？ （10 分） 若必須在通電中進行檢查，必須先做好那些事情？（5 分） 配電盤與分電盤的背後與箱內，必須注意什麼事情？（10 分）

船上可在機艙控制室或是駕駛台起動主機，試分成五項敘述，採用自動控制以起動 主機接著進行運轉，所憑藉的一連串步驟（sequences）。（25 分）

請敘述在船上，自動起/停的柴油發電機所用到的自動控制包括那些項目？（25 分）

試依據激磁方式說明直流電機之分類。（20 分）

試說明三相感應電動機利用自耦變壓器（補償器）起動法，並說明其起動電流是全 電壓起動法的幾倍。（20 分）

考量船用電器之電阻檢驗項目，試繪圖並說明「中電阻測定法」。（20 分）

試說明船上所採用「熱偶（Thermo-couple）」溫度計之動作原理。（20 分）

試求下圖所示控制系統方塊圖之閉迴路增益C R 。（20 分）

已知440 V，60 Hz 三相交流同步發電機，磁極數為6，此發電機的額定轉速為何？ 為了能夠與其他發電機並聯協調運轉，此發電機的調速器必須具有速度降落 （Speed droop）特性，請說明其道理。（20 分）

船用三相電路可使用接地指示燈以偵測出接地的故障，請繪出其偵測電路圖並說明 其原理。並說明如何運用偵測電路以找到接地的設備位置以做後續的處理？（20 分）

電氣設備的管理上要注意清潔、乾燥、絕緣、潤滑，請分別說明其意義及方法。 （20 分）

在機艙量測中常使用差壓轉換器（Differential Pressure Transmitter）來量測機艙的油位、 管路流量、燃油黏度，請分別說明其量測原理。（20 分）

請繪出操作燃油駁油泵以控制燃油沉澱櫃油位的順序控制電路，並說明此控制電路 的動作原理。此電路應包含低油位自動起動及高油位自動停止，手動起動與手動停 止控制迴路，手動/自動切換，電路並需具有過載跳脫保護以及過載跳脫警報之迴路。 （20 分）